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  • 2022-04-22 11:46:30 发布

分点进水多级a_o污水处理工艺设计计算探讨

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'城镇给排水分点进水多级A/O污水处理工艺设计计算探讨刘长荣121李红常建一(1天津市市政工程设计研究院,天津300051;2中国北车兰州机车有限公司,兰州730000)摘要介绍了分点进水多级A/O污水处理工艺主要设计参数的理论推导和选取方法,通过实际工程设计,分别对多级A/O工艺的反应器级数、反应器流量比例系数(Ri=Qi/Q)、反应器缺氧区和好氧区容积等进行了详细计算,并与单级A/O工艺进行了比较。分点进水多级A/O工艺具有系统污泥浓度高、硝酸盐浓度低、BOD5浓度均衡、节省反应池容积、无需内回流装置等优点。关键词污水处理厂多级A/O工艺分点进水设计计算反硝化速率Discussiononthestepfeedmulti?gradeA/Owastewatertreatmentprocessdesignandcalculation1,LiHong2,ChangJianyi1LiuChangrong(1.TianjinMunicipalEngineeringDesignandResearchInstitute,Tianjin300051,China;2.ChinaCNRCo.,Ltd.,Lanzhou730000,China)Abstract:Thispaperintroducedthetheoreticalderivationandapplicationofthemaindesignparametersforstepfeedmulti-gradeA/Owastewatertreatmentprocess.Throughthepracticalen-gineeringdesign,thegradenumberofmulti-gradeA/Oreactors,reactorflowrateproportionalitycoefficient(Ri=Qi/Q),andreactor(A/O)volumecalculationwerecarriedoutindetails.Com-paredwithsingle-gradeA/Oprocess,thestepfeedmulti-gradeA/Oprocesshastheadvantagesofhighsystemsludgeconcentration,lownitrateconcentration,balancedBOD5concentration,reac-tiontankvolumesaving,andnoneedofinternalrefluxunit,andsoon.Keywords:Wastewatertreatmentplant;Multi-gradeA/Oprocess;Stepfeed;Designcalcula-tion;Denitrificationrate分点进水多级A/O污水处理工艺采用多级短时缺氧与好氧重复操作来替代单级连续缺氧与好氧操作,并把所需处理的污水量按一定比例分别进入各级缺氧段,充分利用原水中的有机碳源进行反硝化,提高总氮的去除率,使污水得到净化。其工艺流程见图1。1分点进水多级A/O工艺设计参数的确定图1分点进水多级A/O污水处理工艺示意分点进水多级A/O污水处理工艺主要设计参1.1分点进水多级A/O反应器级数的确定数为:多级A/O反应器级数、反应器流量比例系数A/O工艺的特点是将反硝化反应器置于系统(Ri=Qi/Q)、反应器缺氧区和好氧区(A/O)容积和之首,前置反硝化在缺氧条件下运行,含碳有机物回流污泥比(R)等。的去除、含氮有机物的氨化和氨氮的硝化在好氧条给水排水Vol.37No.120119 件下运行。多级A/O工艺,也就是多次硝化反应和确定。将式(4)、(5)代入式(6)可得:反硝化反应的叠加。因此多级A/O对各类污染物R1=aRNe/S0(7)的去除都是有效的,如果每个A/O周期对BOD5的式(7)中R1是原污水投加到第一级缺氧区的最去除效率为E,那么n个周期后总的BOD5去除效小比例,按此比例分配进水可使得该缺氧区进行完(1-E)n,经整理A/O反应器的级数全反硝化,去除回流污泥携带的NO-—N。在好氧率为:En=1-3用式(1)表示:区,进水中的TKN完全硝化变成NO-—N,第一级3出水的NO-—N浓度与进水的TKN浓度(N)相n=log(1-En)/log(1-E)(1)30式中En———BOD5总的处理效率;等。进入第二级缺氧区后,由于第二级进入的原污水(QR)稀释作用,第二级缺氧区NO-—N浓度可E———每个A/O周期对BOD5的处理效率;23n———A/O反应器的级数。由下列物质平衡方程表示:如果每个A/O周期的反应过程达到完全硝化N2=(R+R1)A1/(R+R1+R2)和反硝化时,工艺过程中氮的理论去除率为:η==R1N0/(R+R1+R2)(8)[1-(1/n)×1/(1+R)]×100%,经整理A/O反应第二级缺氧区反硝化所需的碳源由该级进水满器的级数用式(2)表示:足,由于进水的稀释作用,第二级缺氧区BOD5浓度n=1/(1-η)(1+R)(2)可由式(9)表示:式中η———总氮的去除率;S2=R2S0/(R+R1+R2)(9)R———第一级缺氧区回流污泥比;假设第二级缺氧区恰好完全反硝化,则式(10)n———A/O反应器的级数。成立:由式(1)和(2)可知,在进水水质和BOD5、总S2=aN2(10)氮的去除率确定的条件下,可分别计算出所需要将式(8)、(9)代入式(10)可得:的反应器级数。式(1)和(2)计算得出的n值,取R2=aR1N0/S0(11)较大值。式(11)给出的流量比可满足第二级缺氧区反硝1.2各级反应器流量比例系数(Ri=Qi/Q)的确定化所需的最小流量比,以此类推,根据水量平衡,任多级A/O进水流量平衡关系见图1,污水按比意第i级NO-—N、BOD浓度可以用原污水的35例进入各级缺氧区,为上一级硝化产生的硝酸盐氮N0、S0来表示:提供反硝化碳源,第一级缺氧区主要对回流污泥中Ni=RI-1N0/(R+R1+R2+…+RI)(12)的硝酸盐氮进行反硝化。对各级反应器流量比例系Si=RiS0/(R+R1+R2+…+RI)(13)数(Ri=Qi/Q)进行分析时,首先假设系统非满负荷第i级恰好完全反硝化所需的最小进水比可由运行,即硝化、反硝化容量充足。设第一级缺氧区的式(14)表示:-—N、和BOD浓度分别为A、N、S,TKN、NO35111Ri=aRi-1N0/S0(i=2,3,…,n)(14)由系统质量平衡得出式(3)~式(5):参考式(14),可以满足各级进入的原污水恰好A1=R1N0/(R+R1)(3)可以提供充足的碳源将上一级好氧区产生的-—N反硝化。N1=RNe/(R+R1)(4)NO3S1=R1S0/(R+R1)(5)同时,由图1可见:若第一级缺氧区所含碳源恰好可以将该区硝酸R1+R2+…+Rn=1(15)盐氮完全反硝化,则式(6)成立:通过式(14)和(15)可得各级反应器流量比例系S1=aN1(6)数(Ri=Qi/Q)。式中a表示单位NO-—N转化成氮气需要消由式(7)可知,求解第一级流量比例系数R时31耗的有机物质量(通常用BOD表示),mgBOD/必须知道出水的NO-—N浓度,而出水NO-—N5533-—N。对于不同的污水水质,a值应由试验浓度可由N/(R+1)表示,代入式(7),流量mgNO3e=RnN010给水排水Vol.37No.12011 比例系数也可以表示为:表1反硝化设计参数(T=10~12℃)RVD/V反硝化速率/kgNO3-—N/kgBOD51=aRRnN0/(R+1)S0(16)0.20.061.3各级(A/O)反应器容积的确定0.30.09A/O反应器容积可由式(17)确定:0.40.12V=RiQθcY(S0-Se)/1000Xi(17)0.50.15式中V———反应器容积(包括好氧池和缺氧池),m3;注:VD为反硝化池体积,V为反应池总体积,类型为间歇反硝化。Ri———多级A/O反应器流量比例系数;表2活性污泥工艺最小泥龄(单位:d,T=10℃)3/d;Q———系统设计流量,m污水处理厂规模Y———污泥产率系数,kgSS/kgBOD5;处理目标BOD5≤1200kg/dBOD5≥6000kg/dS0———进水BOD5浓度,mg/L;无硝化污水处理厂55Si———出水BOD5浓度,mg/L;有硝化污水处理厂109Xi———各级反应器污泥浓度,g/L,可通过式VD/V=0.212.510(18)表示:有硝VD/V=0.314.311.4化反Xi=RXR/(R+R1+R2+…+RI)(18)硝化VD/V=0.416.713.3式中XR———回流污泥浓度,g/L;VD/V=0.52016θc———泥龄(包括硝化和反硝化泥龄),d。1.4回流污泥比(R)的确定硝化和反硝化过程是分点进水多级A/O工艺在分点进水多级A/O工艺中,二沉池污泥回流运行控制的核心。硝化反应须在好氧条件下进行,到系统的首端,第一级缺氧区对回流污泥中携带的好氧泥龄必须大于硝化菌的繁殖世代周期,硝化泥硝酸盐氮进行反硝化,回流污泥比值(R)的大小直龄可按式(19)计算:接影响着第一级缺氧区反硝化容量的充分利用及系(15-T)θco=F×3.4×1.103(19)统出水总氮浓度。R取值过大(如取1.5R),虽然式中θco———硝化泥龄,d;可以充分利用第一级缺氧区反硝化容量,但有可能F———进水中氨氮浓度波动影响采用的安全系导致硝化不完全,在以后处理过程中造成氨氮的累数,当BOD5<1200kg/d时F=1.8,当积,使氨氮去除效率下降,并导致总氮去除率降低;BOD5≥6000kg/d时F=1.45;当污泥沉降性能较差时,增大R,可导致二沉池污泥T———设计污水温度,℃。膨胀发生。因此在一定范围(0.5R~1.5R)内,为充反硝化反应除需要缺氧条件外,还需要充足分利用第一级缺氧区反硝化能力,可适当提高污泥的碳源为反硝化提供电子供体,而缺氧区的进水回流比。恰好为反硝化提供碳源。反硝化池容的大小与反2分点进水多级A/O污水处理工艺工程实例硝化硝态氮量成正比,与进水BOD5浓度近似成反某城镇污水处理厂处理水量为26000m3/d,进比。反硝化的硝态氮浓度与进水BOD5浓度之比出水水质要求见表3,采用分点进水多级A/O污水即为反硝化速率,反硝化速率越小,缺氧区容积与处理工艺,根据该工艺参数,进行相关的设计计算。总池容的比值越小。反硝化速率可由式(20)表3污水处理厂进水和出水水质表示:项目CODCrBOD5SSNH3—NTNK=NI/SI(20)进水/mg/L3502002203040德国ATV标准“ATV-DVWK-A131E单段出水/mg/L≤50≤10≤10≤5(8)15活性污泥污水处理厂的设计”对反硝化速率提出了去除率/%85.79595.583.362.5具体设计参数,详见表1,活性污泥工艺的最小泥龄注:括号外数值为水温>12℃的控制指标,括号内数值为水温≤见表2。12℃时的控制指标。给水排水Vol.37No.1201111 需由反硝化去除的NO-—N量由式(2)确定:2.1反应器级数的确定3根据表3中BOD5的去除效率和总氮的去除N0=N-0.05(S0-Se)-Na(21)率,按前文中所述式(1)、式(2),确定分点进水多级式中N———进水总氮浓度,mg/L;A/O反应器级数。式(1)中每个单级A/O反应器Na———出水总氮浓度,mg/L。对BOD5的去除效率为50%,式(2)中取污泥回流在本工程中,N0=40-0.05×(200-10)-比为100%。15=15.5(mg/L)。n=log(1-En)/log(1-E)=log(1-0.95)/2.3.1第一级反应器容积的确定(1)第一级反应器需去除的NO-—N浓度为:log(1-0.5)=(-1.3)/(-0.3)=4.333由式(2)可得:N1=RNe/(R+R1)=1×2.3/1.2=1.9(mg/L),其n=1/(1-η)(1+R)=1/(1-0.625)(1+1)=1.33中,Ne=R4N0/(R+1)=0.3×15.5/2=2.3(mg/L)。通过上述计算,反应器级数分别为4级和2级,(2)第一级反应器BOD5浓度为:S1=R1S0/取其大者确定为4级。(R+R1)=0.2×200/1.2=33.33(mg/L)。2.2各级反应器流量比例系数(Ri=Qi/Q)的确定(3)第一级反应器反硝化速率K=NI/SI=由本工程污水水质试验可知,式(6)中的常数a1.9/33.33=0.057,由表1可知当反硝化速率为/mgNO-—N。-—N/kgBOD时,V/V(缺氧池容积/值为6mgBOD530.057kgNO35D则第一级流量比例系数:R1=aRR4N0/(R+1)第一级反应器总容积)=0.2。由表2可知当S0=6×1×0.3×40/2×200=18%;第二级流量比VD/V=0.2时,第一级反应器总泥龄为10d。例系数:R2=aR1N0/S0=6×0.18×40/200=(4)第一级反应器污泥浓度X1=RXR/(R+21.6%;第三级流量比例系数:R3=aR2N0/S0=6×R1)=1×6/1.2=5(g/L)(假设回流污泥浓度为0.216×40/200=25.9%;第四级流量比例系数:6g/L)。R4=aR3N0/S0=6×0.259×40/200=31.1%。(5)第一级反应器污泥产率系数Y=0.9{0.75+(T-15)若由前三级流量比例系数反推第四级流量比例0.6X0/S0-[(1-0.2)×0.17×0.75θc×1.072]/(T-15)系数可得:R4=1-R1-R2-R3=100%-18%-1+0.17θc×1.072}=0.97kgSS/kgBOD5(式中21.6%-25.9%=34.5%。X0为进水SS,本工程取220mg/L;S0为进水BOD5,在计算第一级流量比例系数时,设第四级流量本工程取200mg/L;T为设计进水温度,10℃)。比例系数为30%。但从上述计算可知,第四级流量将上述计算结果代入式(17)可得第一级反应器比例系数经计算分别为31.1%和34.5%。由图1容积V1=0.2×26000×10×0.97(200-10)/(1000×5)=1917(m3),其中V(好氧池容积)为可知,在计算公式推导时,假设第三级反应器进水AT-—N在第四级反应器完全3),V为383m3。TKN经硝化产生的NO31917×80%=1534(mD反硝化(假设系统非满负荷运行,即硝化、反硝化容2.3.2第二级反应器容积的确定(1)第二级反应器需去除NO-—N浓度N量充足)。而实际情况有可能是第三级反应器进水32=-—N在第四级反应器内并TKN经硝化产生的NO3R1N0/(R+R1+R2)=0.2×15.5/(1+0.2+0.25)=未完全反硝化而去除,并与第四级反应器进水TKN2.1(mg/L)。经硝化后产生的NO-—N一起回流到第一级反应(2)第二级反应器BOD浓度S/(R+R352=R2S01+器。故在工程设计中将第四级流量比例系数仍假设R2)=0.25×200/1.45=34.5(mg/L)。为30%,第一级反应器流量比例系数可适当上调为(3)第二级反应器反硝化速率K=N2/S2=2.1/-—N/kgBOD,由表1可知,V/V=20%,第二级流量比例系数上调为25%、第三级流34.5=0.06kgNO35D量比例系数下调为25%。最终确定R1=20%、R2=0.2。由表2可知第二级反应器总泥龄为10d。25%、R3=25%、R4=30%。(4)第二级反应器污泥产率系数Y=0.972.3各级反应器容积的确定kgSS/kgBOD5。12给水排水Vol.37No.12011 (5)第二级反应器污泥浓度X2=RXR/(R+R1+明,若采用单级A/O工艺,生化池总容积为3,其中好氧池容积12868m3,缺氧池容积R2)=6/1.45=4.1(g/L)。17389m则第二级反应器容积V为4521m3。2=0.25×26000×10×3),其中由以上计算可知,采用分点进水多级A/O工艺0.97×(200-10)/(1000×4.1)=2922(m3),V为584m3。比单级A/O工艺节省容积为(17389-13357)/VAT为2922×80%=2338(mD2.3.3第三级反应器容积的确定17389=30.2%,其中好氧池节省容积18.7%,缺氧(1)第三级反应器需去除NO-—N浓度N池节省容积36%。33=R2N0/(R+R1+R2+R3)=0.25×15.5/1.7=2.283结论(mg/L)。(1)分点进水多级A/O工艺与单级A/O工艺(2)第三级反应器BOD5浓度S3=R3S0/(R+相比,其系统平均污泥浓度高,节省反应池容积;硝R1+R2+R3)=0.25×200/1.7=29.4(mg/L)。酸盐浓度低,不需设内回流装置;BOD5浓度比较均(3)第三级反应器反硝化速率K=N3/S3=衡,可保证各级A/O工艺的处理效果。-—N/kgBOD,由表1、表2(2)确定各级反应器容积时需要注意,各级反2.28/29.4=0.08kgNO35可得V/V=0.26,第三级反应器总泥龄为11d。应器NO-—N浓度应该是需去除的浓度,非进水总D3(4)第三级反应器污泥产率系数Y=0.96氮浓度。kgSS/kgBOD5;(3)确定分点进水多级A/O反应器级数时,依(5)第三级反应器污泥浓度X2=RXR/(R+据BOD5的去除效率和总氮的去除率进行计算,取大R1+R2+R3)=6/1.7=3.5(g/L)。值为反应器级数。本工程以总氮去除率计算需2级,第三级反应器空积V3=0.25×26000×11×0.96以BOD5去除率计算需4级,取4级。从计算结果看,3),其中V为3,其中好×(200-10)/(1000×3.5)=3726(mAT分点进水多级A/O工艺需总容积为13357m3)、V池容积为969m3。氧池总容积10463m3,缺氧池总容积为2894m3,缺氧3726×74%=2757(mD2.3.4第四级反应器容积的确定池容积占总容积的21.7%,是以去除BOD5为主。(1)第四级反应器需去除NO-—N浓度N(4)各级反应器流量比例系数经计算确定后,34=R3N0/(R+1)=0.25×15.5/2=1.9(mg/L)。需根据污水水质情况进行适当调整,以保证各级(2)第四级反应器BOD5浓度S4=R4S0/(R+A/O工艺都能处于最佳运行状态。1)=0.3×200/2=30(mg/L)。参考文献(3)第四级反应器反硝化速率K=N/S1周雹.活性污泥工艺简明原理及设计计算.北京:中国建筑工业出44=-—N/kgBOD),由表1、表2版社,20051.9/30=0.06(kgNO352王伟,彭永臻,孙亚男,等.分段进水A/O工艺流量分配方法和与得VD/V=0.2,第四级反应器总泥龄为10d。策略研究.环境工程学报,2009,3(1):89~92(4)第四级反应器污泥产率系数Y=0.973王涛.多级A/O废水处理工艺的理论的研究.环境科学与技术,kgSS/kgBOD5。2003,26(4):8~10(5)第四级反应器污泥浓度X/(R+1)=4邱慎初,丁堂堂.分段进水的生物除磷脱氮工艺.中国给水排水2=RXR6/2=3(g/L)。2003,19(4):32~36第四级反应器容积V4=0.3×26000×10×3),其中0.97×(200-10)/(1000×3)=4792(m&通讯处:300051天津市和平区营口道239号天津市3),V为958m3。VAT为4792×80%=3834(mD市政工程设计研究院由上述计算结果可得,本工程分点进水多级电话:(022)27812025A/O工艺生化池总容积为13357m3,其中好氧池收稿日期:2010-08-16总容积10463m3,缺氧池总容积为2894m3。修回日期:2010-11-01在设计时也对单级A/O工艺进行计算,结果表给水排水Vol.37No.1201113'